电力系统防雷重要性及技术措施探讨

云南电网有限责任公司昆明供电局 陈柯豪 胡浩卿 云 霄

电力系统在运行过程中会受到外界因素的影响，其中雷击是对系统影响最大的一种方式。因此必须针对电力系统的运行环境，选择合理的技术降低雷击的影响，降低雷击对电力系统正常工作的破坏，为电力系统的正常运行创造保证。

1 电力系统防雷重要性

1.1 电力系统概述

电力是人们生活、生产的重要动力，随着国家生产力的发展和市场需求的增加，电力也变得越来越重要。为满足对市场的需求，电力系统的建设相比过去明显加快，已成为国家最主要的能源之一，因此需保证电力系统的稳定性，避免内因和外因对电力系统正常运行的影响，从而给社会发展提供保证。但电力系统运行过程中很难避免各种因素所导致的影响，尤其是在输电线在室外的情况下，会直接受到极端天气条件的破坏，影响系统的稳定运行。

1.2 雷电的影响分析

雷电是一种自然现象，具有非常高的破坏力，如果电力系统受到雷击，往往会导致比较严重的事故和损失。雷电对电力系统的破坏主要包括：

直击雷。是雷电直接击中变电设备或电力系统线路、直接对电力系统造成作用，并不会有其他的阻隔物体产生影响，所以对系统伤害是最大的。直击雷会直接作用到配电线路，如果静电流存在过电感应，两种电流会合之后就会进入电力设备，对设备产生严重损害；雷云电感应。在雷云下可能会有静电感应的情况发生，对于不同高度的电力线路会有不同的感应电压，一般在雷云下发生且会有一定的静电效果产生，从而导致雷击的出现。

电磁感应产生雷击。这种情况下导致的雷击来自引下线所导致，在引下线埋入地下时，一般会在周围存有一定量的金属线管，由此会导致金属线管产生电磁感应效应，最终导致了雷击的出现；避雷设备导致反击。目前很多地区都已安装了防雷系统，包括避雷针、避雷网等，如出现雷击避雷设备就会产生反应，导致雷电直接集中在这类设备上，从而导致地表电压的上升，如果压力足够，就会导致高压通过接地线返回避雷设备，造成反击。

1.3 电力系统防雷保护的重要性

雷电对电力系统会造成十分严重的破坏，不仅会直接破坏电力线路和电力设备，还会因电力系统故障影响周边供电，影响正常的工业生产和生活，导致严重的直接、间接经济损失[1]。且设备在被雷电击中后很难迅速完成抢修工作，对生活会造成巨大影响。因此电力系统应做好防雷工作，针对不同种类的雷击防范需求做好防护，减少雷电对电力系统正常运行的影响，提升供电的稳定性。

2 高压交流输电线路防雷保护工作

目前国内主要的输电网络为超高压交流输电网络，这类输电线路一般处在旷野中，地理范围跨度很大，且所处地理环境也比较复杂，因此很易受到雷击影响。但这类电路对电力系统的运行极为重要，所以必须采取针对性方式达到防雷目的。

2.1 架设地线

是高压线路十分基本的防雷措施，同时也是电力系统防雷工作的基础，依靠该技术可避免直击雷，从而保护电力系统的导线。在雷击中塔顶后地线能对雷电进行分流，让雷电的能量被大地吸收，有效降低塔顶的电位，使用该方法可对导线发挥出耦合作用，有效降低在电塔上的绝缘电压[2]。对于非直击杆塔，依靠架空导线的瓶体作用也可有效降低到线上的感应过电压。

2.2 减小对地导线的保护角

经过试验和理论分析结果，避雷线的对边保护角和线路雷电绕击率是成正比的，所以通过降低保护角才能降低绕击的概率。一般山区线路的绕击率是平原线路的三倍，因此在布置避雷线路时其保护角必须做到因地制宜，比如在山区经过时，甚至可以设置零度或负保护角。

2.3 合理使用线路避雷器

线路避雷器在应用时需和线路的绝缘子并联，如电路遭到了雷击，避雷器就能利用绝缘子串的50%释放电压，即便在雷击导致电流增大的情况下，避雷器的残压也并不会有太明显的增加，这样就避免了绝缘子出现闪络问题。在完成避雷器安装后，击中导线的雷电流就会被分流从而降低影响，一部分电流会流经避雷线、另一部分会流向导线，从而产生导线之间的电磁感应，分别在导线和避雷线上导致耦合，造成导线的电位升高，此时导线和塔顶之间的电位差会小于绝缘子串的闪络电压，能有效避免绝缘子出现闪络问题[3]。

在实际应用中，需注意避雷器的容量是有限的，在雷电电流过大的情况下，线路避雷器可能会被烧毁甚至爆炸，导致其分流作用失效，甚至会加大电路维护的难度。但这种情况的发生概率较小，因为过大的雷电流一般会直接击中地面，所以在实际应用中并不会有太多影响。由于避雷器的价格较高，因此须在对线路安装前做好经济性上的分析，以及充分了解线路所经过的环境，选择雷击发生概率较高、比较严重的位置安装，如水电站升压站、铁塔、大跨越高铁塔、多累计双回路线路等。

2.4 做好导线排布的设计

对于双回或多回交流线路可采用不同的方式进行导线的排布，从而利用排布方式达到降低回路同时跳闸率目的，从而有效避免线路中断。比如对双回路线路，为达到防雷目的，在工程建设中就可采用正序排序、逆序排序、上下三角排序的方法。通过对三种排序方式的反击跳闸率进行计算，正序、逆序和上下三角的单回跳闸率分别是0.172、0.185和0.186，双回跳闸率分别是0.172、0.063和0.000，虽然单回跳闸率可能略高，但双回跳闸率非常低。在工程的实际建设中可结合现场实际情况来获得最合理的方法。

2.5 使用不平衡高绝缘方式

为避免双回跳闸率过高，可采用不平衡绝缘方式，利用弱绝缘回路导线先出现闪络加强对另一侧回路的屏蔽作用，从而达到双回路同时跳闸的目的。但在实际应用中容易出现跳闸率增加的情况，导致双回跳闸率不能有明显的效果。通过改进可采取增强一侧回路绝缘强度、保持另一侧回路绝缘强度不变的方式，能降低总跳闸率，以及有效降低双回路同时跳闸的概率。

2.6 降低塔杆接地电阻

接地电阻对线路的耐雷水平有明显的影响，所以可在实际工程中根据电阻率的大小，选择相应的接地装置来有效降低塔杆的接地电阻，满足实际应用的要求，确保系统更加耐雷。如果土壤的电阻率较低，只需采用环形接地装置来满足电阻的要求；如电阻率相对较高，则可通过在环形接地装置上焊接多根线型导体，然后利用电阻率的大小来选择射线长度；对于电阻率超过2000欧姆的地区，尤其是河床、沙漠等地段，可将塔杆埋入较深的地下，以及提升塔杆的吸水性来保证导电性能。

3 变电站发电厂的防雷

3.1 直击雷保护

避雷针。变电站和发电厂一般使用独立避雷针来进行保护工作，以保证在受到雷击后，独立避雷针和受保护的变电站之间能保持一定的距离，避免受到损坏。我国当前对不同变电站、发电厂的要求有一定区别，所以要结合实际情况进行避雷针的选择[4]。对35kV及以下配电装置变电站必须采用独立避雷针；60kV配电装置在电容较小的地区可使用构架避雷针，但如果地点的电容较大，就可使用独立避雷针。

避雷线。可在变电站或发电厂的屋顶利用金属线构成封闭的环形制作避雷线，降低雷电的影响。应用避雷线时也要考虑空气和地下间隙的作用，控制好反击距离；做好接地网的铺设。接地网络使用多个接地体干线组成网络，具有可靠和电阻小的特点，适合在拥有大量电气设备时进行接地工作，所以一般会使用在大型变电所、配电所中。利用接地网要保证均压，即保证每个节点都有相等的电压，对于设备的安全运行也十分重要。

3.2 防止雷电侵入波

雷电的电流具有非常大的峰值和陡度，所以在其周围会瞬间出现电磁场，然后会有较大的电动势，从而在一定范围内形电动势，会对三维空间内的所有电路设备都产生作用[5]。所以会在一瞬间产生很高的电压，甚至会造成起火的情况。为避免雷电侵入波的影响，变电站和发电站一般都会使用避雷器作为防雷措施，使用时，会将变电站和发电厂中的阀式避雷器与被保护绝缘不接在同一个点上，并将阀式避雷器安装于母线，达到保护多个电气设备目的。

4 直流输电系统的防雷策略

直流输电系统已成为我国电力系统的重要组成部分，由于雷击会导致直流输电线路出现绝缘闪络，从而导致较大的短路直流，因此对直流输电系统的危害较大。对直流系统的防雷保护中可采用减小避雷保护角的方法，使用该方法可以和交流电一样能降低雷击线路的闪络几率。也可采取增加线路绝缘和减小塔杆电阻的方法，可将雷击电路反击闪络概率有效降低。

综上，雷击会对电力系统造成十分严重破坏，因此对电力系统做好防雷击工作极为重要。需根据电力系统的类型选择合适的防雷击技术，严格按照技术标准开展防雷击工作，为电力系统的稳定运行创造安全保证。